随着芯片设计向异构组装和3D-IC技术迈进，提供和管理电力已成为芯片制造中的核心挑战，显著增加了设计复杂性，迫使制造商在性能、可靠性和成本之间进行艰难权衡。

随着AI应用的快速扩展和晶体管密度的持续提升，芯片功耗问题从传统单片SoC扩展到多芯片系统，带来了电压降、热管理及电源完整性等新难题。

我们从电源管理的复杂性演变和应对策略与技术创新两个维度，深入分析异构芯片设计中的电力挑战，并探讨其对半导体行业未来发展的深远影响。

Part 1

电源管理的复杂性演变

随着AI和复杂计算需求的激增，芯片设计正从平面SoC转向异构芯片组装，这种转变显著提升了性能潜力，但也让电源管理变得前所未有地复杂。

传统单片SoC的功耗问题主要集中在晶体管密度和节点缩减带来的热效应，而在异构系统中，芯片数量增加、材料变薄以及高密度堆叠加剧了电力需求的集中性。

例如，单个SoC的功耗已达数百瓦，芯片解密而多芯片系统的密集集成将这一数字推向更高水平，同时需要在更低的电压下维持稳定，这对电源网络的设计提出了更高要求。

异构系统中芯片间的高速接口和中介层增加了封装层数，进一步削弱了电压调节效率，导致电容分布和电流传输成为瓶颈。

相比传统设计，这种架构不仅放大了电压降和热效应的影响，还引入了低频电源噪声等新问题，使得单一芯片的局部优化无法满足整体需求。

● 电源完整性（PI）的挑战在这一背景下尤为突出。

由于多芯片间共享电源网格，芯片解密电压降不再是孤立现象，而是涉及整个系统数百甚至数千个连接点的复杂网络。

热梯度、寄生效应和动态负载变化进一步加剧了这一问题，尤其在3D-IC中，高电流密度和薄基板设计可能导致电源分配不均，加速器件老化。

与此同时，缺乏统一的功率模拟标准使得设计验证异常困难，传统的分区分析方法已无法适应多芯片系统的全局特性。

这种复杂性要求设计者在早期阶段即对整个系统进行联合仿真，但这需要巨大的计算资源和时间投入，可能推高开发成本。